GPS研究---GPS介紹引入

全球定位系統(簡稱 GPS)是美國國防部為軍事目的而建立的，旨在徹底解決海上、空中和陸地運載工具的導航和定位問題。經過 多 年的發射實驗衛星、開發GPS 信号應用和發射工作衛星，終于在 1994 年 3 月 28 日建成了覆寫率達 98%的GPS 工作衛星星座。10 多年的導航定位實踐證明，GPS 是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時，同時具備良好的抗幹擾能力的多功能系統。 GPS 的建成，從根本上解決了人類的導航和定位問題，可以滿足各種不同使用者的需要。對艦船而言，它能在海上協同作戰，在海上交通管制、海洋測量、石油勘探、浮标建立、管道和電纜鋪設、海島暗礁定位、海輪進出港引航等方面做出貢獻。對飛機而言，它可在飛機進場着陸、航線導航、空中加油、武器準确投擲及空中交通管制等方面進行服務。在陸地上，可用于各種車輛的導航和定位;可用于大地測量、航空攝影測量、野外考察和勘探的定位，GPS 技術的迅速發展得到了人們的廣泛關注。

GPS 定位技術，一般以測碼僞距或者測相僞距為觀測量。根據使用者定位方式不同，采用單點定位或差分定位，為使用者提供資訊。利用碼相位(C/A 碼)得到僞距的方法應用最早，但定位精度差，目前定位誤差為 5 米左右。加密的 P 碼定位精度雖高，但隻有美國政府核準的軍方和標明的政府部門使用者才能使用，一般使用者難以使用。和測碼僞距觀測量相比，GPS 衛星信号的兩種載波波長要比測距碼碼元短得多(兩種載波波長λ1=19.03cm，λ2 =24.42cm，C/A 碼碼元長度293m，P 碼29m)，因而利用載波相位觀測量定位，就可以達到很高的精度，是以目前精密定位多采用這種方式。近年來出現的利用載波相位觀測值以及高精度的星曆及衛星鐘差進行高精度單點定位，也展現了良好的應用前景。

但無論是采用僞距定位還是載波相位定位，都因其在信号傳播過程中不可避免的會受到星曆誤差、大氣層折射、多路徑誤差的影響，以及由于接收機本身誤差的存在，會使定位精度大受響。多數情況下，人們關心的并不是某個載體的絕對位置，而是該載體相對于另外一個載體的距離和方向。在一定的範圍内，當所有的載體均安裝了 GPS 接收機之後，可標明任意一個載體作為中心，通過載波相位測量确定其它載體相對于標明的載體的位置關系，這就是所謂的 GPS 載波相位差分 (相對)定位技術。利用 GPS 載波相位差分定位技術可以在厘米量級精度上确定空間任意兩點之間的距離的誤差，差分技術可以大大的削弱相關誤差的影響在高精度的測量中得到了廣泛的應用。

根據相對定位過程中接收機的運動狀況，可以将 GPS 載波相位定位分為靜态定位及動态定位。GPS 靜态定位，是用于測量相對于地固坐标系靜止不動的使用者接收天線的位置。由于接收機天線靜止不動，其位置可以通過多個曆元、多個時段的觀測資料來求解，一般而言靜态定位的精度比動态定位的精度要高，靜态定位以其高精度(毫米級精度)獲得一定應用，但其前提是需要較長的觀測時間，一般需要觀測 1 個小時左右，甚至更長，進而極大的限制其應用。動态差分定位，即将一台接收機安設在一個固定觀測站上，而另一台接收機，安置在運動的載體上，并且在運動中與固定觀測站的接收機進行同步觀測，以确定運動載體相對固定觀測站(或基準站)的瞬時位置。動态差分定位的特點是，要實時确定運動點相應每一觀測曆元的瞬時位置。GPS 動态定位測量雖然在精度(厘米級精度)上略遜于靜态測量，但其觀測時間短，基本可以達到動态實時定位。目前 GPS 的發展趨勢表明，動态定位比靜态定位具有更加廣闊的應用天地。兩者比較，GPS 動态定位具有使用者多樣性、速度多異性、定位實時性、資料短時性、精度要求多變性等特點。是以，動态定位無論在使用者數量、應用範圍還是在其所具有的巨大潛力方面都大大超過靜态定位。

随着 GPS 載波相位差分定位技術的發展，其高精度的定位能力已得到廣泛的認可。特别是實時載波相位差分技術又稱為 RTDGPS(Real Time DGPS)逐漸推廣應用，GPS 已深入運用到工程勘察、國土資源調查等領域。如利用 RTDGPS 模式可進行公路中線的實時放樣、航道水深測量的平面定位、土地調查中界址點測量和圖斑測定等，實踐表明，利用 RTDGPS 模式進行定位，極大地提高了作業速度、降低了勞動強度和工程成本，進而提高了工作效率，在實際應用中有着重要的意義。